全景图技术在校园全景漫游中的应用研究

董春侠++司占军

摘要：通过沉浸式全景漫游的方式，方便学生特别是刚入学新生了解校园教学楼及宿舍楼的分布，实现校园内部的全景展示和交互漫游。以天津科技大学河西校区的实景为研究对象，首先对校区的分布状况进行分析，确定合理的采集点；然后利用单反相机拍摄图片，借助PTGui合成全景图；最后通过720云平台完成交互场景的制作和发布。该应用具有校园整体浏览、位置点实景展示、实景漫游的功能，能够为需要了解校园位置信息的用户提供更直接的途径和更精确的信息，同时对学校也起到了一种宣传作用。

关键词：虚拟现实；校园；全景漫游；720云；位置信息

中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）04-0210-02＼

Application and Research of Panorama Technology in Campus Panorama Roaming

DONG Chun-xia， SI Zhan-jun

（School of Packaging and Printing Works， Tianjin University of Science and Technology， Tianjin 300222， China）

Abstract： By way of immersive panorama， students especially freshmen can understand the distribution of campuss buildings conveniently， achieving panoramic display and interactive roaming inside the campus. Tianjin University of Science and Technology in Hexi District as the research object， Firstly， the distribution of campus was analyzed to determine the reasonable collection point； Then shooting photographs using SLR， and compounding the panorama with PTGui. Finally， the interactive scene was made and released through 720 yun platform. This application has the function of overall browsing， virtual display and virtual roaming. It can provide more direct and accurate information for users who wants to know the location information of the campus， as the same time it plays a promotional role for the school.

Key words： virtual reality； school； panorama；720 yun； location information

随着虚拟现实技术、数字图像技术和计算机技术的迅速发展，人们对交互体验要求越来越高，虚拟现实技术的迅速发展和逐步流行，使得校园实景展示正朝着“逼真、自然、交互性强、便捷”的方向更加深入发展[1]。三维全景展示以其交互性强、真实呈现、渐变快速、深沉全景等特点[2]，有效地弥补了传统教学领域、地图领域、虚拟展示不够逼真等缺陷，满足了现代虚拟展示领域的基本交互要求，受到日益广泛的关注。

基于虚拟现实技术对校园全景漫游展示系统的研究有三方面原因，一是科技的发展，虚擬现实技术成为计算机应用领域的研究热点并且在各行各业中得到越来越广泛的应用[3]；二是数字校园工程的推进，许多高校建设了基于Web技术的虚拟校园，其中校园全景漫游系统成为虚拟校园技术应用的一个热点[4]；三是基于全景图像的漫游有良好的用户体验。并且具有开发成本低、展示效果形象直观、开发周期短等优点[5]。其意义在于为广大新生或是想了解学校外貌的用户提供更直接的途径和更精确的位置信息服务，同时对学校也起到了一定的宣传作用。

1 全景图技术

全景图技术是虚拟现实技术的一个重要分支，是一种新兴的可交互的富媒体技术[6]，具有采集和制作简单、视角全方位、记录性和再现性强、系统要求低等特点。

目前常用的全景图模型包括立方体全景图、柱面全景图、球星全景图和单鱼眼全景图。其获取全景图的方式主要分为两大类[7]，一种是基于计算机图形学的三维几何模型建模和绘制（GBMR），该方法通过三维建模、贴图渲染出全景图，其效果与真实场景不完全相符，且制作周期长；另一种是基于图像的建模和绘制（IBMR），该方法通过拍摄照片获取真实场景的信息，然后通过拼图软件合成全景图，能够对真实场景进行很好的还原，并且采集和更新的速度快。

目前，在互联网上进行展示全景图像的第三方技术有VRML、X3D、Java、QuickTime、Flash等[8]。这几种展示方式都需要一定的语言基础和安装浏览器插件，且不能够跨平台发布。HTML5技术是目前比较新的一种技术，它的出现可以解决一次开发，多平台应用，并且不需要安装额外的插件，具备统一的标准，但是也需要一定的编程基础。也可以通过VRP、Unity3D、Virtools、Pano2VR等软件开发[9]，而VRP、Unity3D、Virtools、都是在三维建模的基础上进行开发，其制作周期长，技术水平要求高，专业性要求较强，软件仿真操作起来较为复杂。720云基于全景图像进行开发，且不要任何语言基础，开发简单快速。

2 设计思路与整体框架

首先对校园位置信息进行分析，确定合理的位置点，并使用单反相机采集照片；然后将采集的照片在PTGui中进行全景图的拼接，PhotoShop中对拼接完成的全景图像进行修饰调整；最后将处理完的全景图导入到 720云平台中进行漫游制作，创建背景音乐和和文字信息，制作交互热点，完成发布。其思路流程图如下图1所示：

3 基础开发环境说明

系统需求：64位操作系统。

软件要求：PhotoShop图像处理软件、PTGui全景图拼合软件、720云全景漫游制作软件。

720云是一个集上传、制作、分享、交易全景的综合性服务平台，一方面它的制作简单，不需要任何语言基础，能够集成多种交互功能，并且在VR眼镜盛行的情况下，该平台能够支持佩戴VR眼睛进行更加沉浸的漫游功能；另一方面相比于其他语言或是平台开发的全景开发周期短，成本低。该平台分为网页版和客户端版，其中客户端仅支持64位操作系统，相对于网页版，客户端版支持HTML5文件导出功能，可将导出的文件放置于指定的服务器中进行发布。本设计基于720云平台制作校园场景漫游交互效果，并借助其提供的服务器实现发布。

4 制作过程

4.1 图像采集

在采集图像之前首先进行位置点的分析，确定合理的拍摄地点。天津科技大学河西校区教学区主要由主楼、各学院教学楼、各部门办公楼、图书馆、湖心花园、操场组成，经过实地勘察和分析共设置 53个位置点，这些位置点主要分布于交叉路口或标志性建筑物处。

图片的采集是使用Canon 60d单反相机、全景云台和脚架。由于普通单反镜头的拍摄范围为50°左右，而在全景圖拼接时必须有重叠部分才可以更好的拼接，因此要采集水平360°方向的信息需要分角度进行拍摄，如每隔30度取景一张，连续取景12张。水平方向采集完后，调整相机上下角度，即正负45度，再分别拍摄场景上面部分和地面部分的图片素材，这样，即可完成一个位置点的取景。同时在拍摄过程中曝光量、白平衡、对焦距离、反差等参数要保持一致，避免拼接时出现明显的色差。

4.2 全景图拼接

全景图的拼接是在PTGui软件中完成。步骤简述如下：

1）加载图像，即将描述同一位置点的图片导入到软件中，并设置镜头类型为“直线（普通镜头）”；

2）对准图像，让软件进行重合点的识别对准；

3）调整控制点，对准图像完成后，若存在一些没有对准的控制点，可手动调整进行图像对准；

4）优化图像，“优化全景图”工具，让软件自动进行微调，也可设置曝光度等参数；

5）创建全景图。

通过PTGui合成的全景图像残缺不整，明暗不一，因此需要借助PhotoShop进行修改完善，通过仿制图章、曲线等工具修补残缺、调整光线缺陷。

4.3 交互效果制作

本系统的交互效果是在720网页端中制作，在制作之前首先需要注册该平台的账号。制作中，首先进入“发布”界面，通过输入作品的名称，上传全景图片或是选择素材库中的全景图片，点击“发布”即可完成作品的创建；在“全景图片”中会看到创建的作品，创建完成的作品会有默认的左右拖动浏览、场景选择的功能，通过编辑按钮可进入作品的编辑界面如下图2所示，通过该界面可以实现功能的开启与关闭。

通过“全景高级设置”进入全景高级界面，可以实现更加个性化的设置，如全景切换、超链接、初始视角等，全景高级设置界面如下图3所示。

5 结束语

本文首先介绍了全景图的特点、全景图模型、获取全景图的方式以及实现全景漫游的技术和软件，对比得出720云是开发全景漫游展示系统的最简单快速的方式；然后以天津科技大学河西校区为研究对象，介绍了全景漫游展示系统的制作过程。基于实景的全景漫游展示可以直观真实的展示场景信息，为用户提供位置信息服务，同样可以应用于旅游景点、博物馆内部的场景展示。

参考文献：

[1] 李慧. 刍议校园360度全景展示技术的实现[J]. 科技资讯， 2012， 9（18）： 211-212.

[2] 王晓峰， 李龙梅. DIBR实景图像的三维全景展示技术[J]. 测绘科学， 2014， 39（1）： 129-132.

[3] 武刚， 余武. 虚拟校园三维全景漫游系统探究与实现[J]. 现代教育技术， 2013， 23（5）： 122-126.

[4] 刘智浓， 张永利. 虚拟校园全景漫游导航图的设计[J]. 电脑知识与技术， 2015， 11（33）： 133-134.

[5] 刘海娜. 基于HTML5的全景漫游技术研究[D]. 郑州： 郑州大学， 2013.

[6] 王亮， 邢玉忠. 煤矿巷道全景技术应用分析[J]. 煤炭技术， 2015， 34（2）： 260-262.

[7] 苏融， 李胜乐， 厉彦玲. 基于三维全景视图的虚拟校园漫游导航系统[J]. 山东农业大学学报：自然科学版， 2014， 45（1）： 103-109.

[8] 石权洲， 黄国政. 基于3ds Max与Pano2VR的校园全景漫游系统[J]. 信息与电脑：理论版， 2014， 6（10）： 159-160.

[9] 黄国政. 基于Pano2VR的交互式校园全景漫游系统的研究[J]. 软件工程师， 2015， 18（1）： 17-18.